CN106054131A - 声源定位系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种声源定位系统和方法，所述系统包括：双麦克风阵列，用于采集声音信息；扬声器，用于采集声源反馈信息；所述扬声器和所述双麦克风阵列不处于同一条直线上；校准单元，用于根据预设参数校准所述声源反馈信息的频响、相位和幅度；定位单元，用于根据所述声音信息定位声源在预定平面中的两处疑似位置，根据校准后的声源反馈信息在所述两处疑似位置中确定所述声源的位置。本发明利用现有设备中通常具备的扬声器采集声源反馈信息，根据不同距离声源产生的声源反馈信息判断麦克风阵列所定位的疑似位置，从而实现了无需增设一个麦克风即可通过双麦克风阵列结合扬声器实现平面定位，或通过三麦克风阵列结合扬声器实现立体定位。

Description

声源定位系统和方法

技术领域

本申请涉及声源定位技术领域，具体涉及一种声源定位系统和方法。

背景技术

传统的声音定位系统和方法受到麦克风阵列的局限，例如直线麦克风阵列只能实现180°范围的定位，而无法实现360°定位；平面麦克风阵列可以实现360°的平面范围定位，而无法实现三维空间的立体定位。

图1为现有技术中直线麦克风阵列进行平面定位的示意图。如图1所示，当直线麦克风阵列11进行平面定位时，会得到两个轴对称的疑似位置，两个疑似位置相对于直线麦克风阵列11所在的直线对称。基于直线麦克风阵列11的定位系统无法在这两个疑似位置中进行区分，需要在直线外增设一个麦克风构成平面麦克风阵列才能实现平面定位。

图2为现有技术中平面麦克风阵列进行立体定位的示意图。如图2所示，当平面麦克风阵列21进行立体定位时，会得到两个平面对称的疑似位置，两个疑似位置相对于平面麦克风阵列21所在的XY平面对称。基于平面麦克风阵列21的定位系统无法在这两个疑似位置中进行区分，需要在平面外增设一个麦克风构成立体麦克风阵列才能实现立体定位。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种结合现有设备中通常具备的扬声器，无需通过增设麦克风，即可实现通过直线麦克风阵列进行平面定位，通过平面麦克风阵列进行立体定位的声源定位系统和方法。

第一方面，本发明提供一种声源定位系统，所述系统包括：

直线麦克风阵列，包括至少两个位于同一直线上的麦克风，用于采集声音信息；

扬声器阵列，包括至少一个扬声器，用于采集声源反馈信息；所述扬声器和所述直线麦克风阵列不处于同一条直线上；

校准单元，用于根据预设参数校准所述声源反馈信息的频响、相位和幅度；

定位单元，用于根据所述声音信息定位声源在预定平面中的两处疑似位置，根据校准后的声源反馈信息在所述两处疑似位置中确定所述声源的位置。

第二方面，本发明提供一种对应上述定位系统的声源定位方法，所述方法包括：

直线麦克风阵列采集声音信息，扬声器阵列采集声源反馈信息；

根据预设参数校准所述声源反馈信息的频响、相位和幅度；

根据所述声音信息定位声源在预定平面中的两处疑似位置；

根据校准后的声源反馈信息在所述两处疑似位置中确定所述声源的位置；

其中，所述直线麦克风阵列包括至少两个位于同一直线上的麦克风，所述扬声器阵列包括至少一个扬声器，各所述扬声器和所述直线麦克风阵列不处于同一条直线上。

第三方面，本发明还提供另一种声源定位系统，所述系统包括：

平面麦克风阵列，包括至少三个位于同一平面上的麦克风，用于采集声音信息；各所述麦克风不处于同一直线上；

扬声器阵列，包括至少一个扬声器，用于采集声源反馈信息；所述扬声器和所述平面麦克风阵列不处于同一平面上；

校准单元，用于根据预设参数校准所述声源反馈信息的频响、相位和幅度；

定位单元，用于根据所述声音信息定位声源在三维空间中的两处疑似位置，根据校准后的声源反馈信息在所述两处疑似位置中确定所述声源的位置。

第四方面，本发明还提供一种对应上述定位系统的声源定位方法，所述方法包括：

平面麦克风阵列采集声音信息，扬声器阵列采集声源反馈信息；

根据预设参数校准所述声源反馈信息的频响、相位和幅度；

根据所述声音信息定位声源在三维空间中的两处疑似位置；

根据校准后的声源反馈信息在所述两处疑似位置中确定所述声源的位置；

其中，所述平面麦克风阵列包括至少三个位于同一平面上的麦克风，各所述麦克风不处于同一直线上；所述扬声器阵列包括至少一个扬声器，各所述扬声器和所述平面麦克风阵列不处于同一平面上。

本发明诸多实施例提供的声源定位系统和方法通过利用现有设备中通常具备的扬声器采集声源反馈信息，根据不同距离声源产生的声源反馈信息具备的不同特性判断麦克风阵列所定位的疑似位置，从而实现了无需增设麦克风即可通过直线麦克风阵列结合扬声器实现平面定位，或通过平面麦克风阵列结合扬声器实现立体定位；

本发明一些实施例提供的声源定位系统和方法进一步通过将扬声器设置在基于平面麦克风阵列构建的三维直角坐标系的第三轴上，简化了对声源反馈信息的计算。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为现有技术中直线麦克风阵列进行平面定位的示意图。

图2为现有技术中平面麦克风阵列进行立体定位的示意图。

图3为本发明一实施例中声源定位系统的结构示意图。

图4为本发明一实施例中声源定位方法的流程图。

图5为图3所示的声源定位系统中直线麦克风阵列结合扬声器进行平面定位的示意图。

图6为本发明一优选实施例中声源定位系统的结构示意图。

图7为本发明另一优选实施例中声源定位系统的结构示意图。

图8为本发明一实施例中声源定位系统的结构示意图。

图9为本发明一实施例中声源定位方法的流程图。

图10为图8所示的声源定位系统中平面麦克风阵列结合扬声器进行立体定位的示意图。

图11为本发明一优选实施例中声源定位系统的结构示意图。

图12为本发明另一优选实施例中声源定位系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图3为本发明一实施例中声源定位系统的结构示意图。

如图3所示，在本实施例中，本发明提供的声源定位系统包括直线麦克风阵列11、扬声器阵列13、校准单元15和定位单元17。

直线麦克风阵列11包括至少两个位于同一直线上的麦克风，用于采集声音信息。扬声器阵列13包括至少一个扬声器，用于采集声源反馈信息。所述扬声器和直线麦克风阵列11不处于同一条直线上。校准单元15用于根据预设参数校准所述声源反馈信息的频响、相位和幅度。定位单元17，用于根据所述声音信息定位声源在预定平面中的两处疑似位置，根据校准后的声源反馈信息在所述两处疑似位置中确定所述声源的位置。

具体地，在本实施例中，直线麦克风阵列11为双麦克风阵列，包括两个位于同一直线上的麦克风，扬声器阵列13包括单个扬声器，在更多的实施例中，直线麦克风阵列11可以根据实际需求设置多于两个的麦克风，扬声器阵列13可以根据实际需求设置多于一个的扬声器，只要麦克风设置在同一直线上，扬声器与直线麦克风阵列不处于同一条直线上，即可以实现同样的技术效果。

在一些实施例中，校准单元15和定位单元17可以分别设置为单独的芯片、单片机等硬件设备；在另一些实施例中，校准单元15和定位单元17可以设置为计算机中或智能家居设备、智能移动设备中的软件。相对应地，在一些实施例中，所述声源定位系统为单独集成一体的装置，并设有各类标准接口或无线通信单元以输出定位结果；在一些实施例中，所述声源定位系统通过计算机实现，由计算机的扬声器、计算机的麦克风阵列和计算机中的软件单元组成；在另一些实施例中，所述声源定位系统集成在智能设备中，例如智能电视或智能冰箱等。

图4为本发明一实施例中声源定位方法的流程图。图4所示的声源定位方法可以应用在图3所示的声源定位系统中。

如图4所示，在本实施例中，本发明提供的声源定位方法包括：

S12：直线麦克风阵列采集声音信息，扬声器阵列采集声源反馈信息；

S14：根据预设参数校准所述声源反馈信息的频响、相位和幅度；

S16：根据所述声音信息定位声源在预定平面中的两处疑似位置；

S18：根据校准后的声源反馈信息在所述两处疑似位置中确定所述声源的位置。

其中，所述直线麦克风阵列包括至少两个位于同一直线上的麦克风，所述扬声器阵列包括至少一个扬声器，各所述扬声器和所述直线麦克风阵列不处于同一条直线上。

图5为图3所示的声源定位系统中直线麦克风阵列结合扬声器进行平面定位的示意图。

如图5所示，当声源发声之后，直线麦克风阵列11和扬声器阵列13同步进行采集，分别采集到声音信息和声源反馈信息。

校准单元15根据预设的参数校准所述声源反馈信息的频响、相位和幅度。具体地，由于扬声器和麦克风拾音原理的不同，直线麦克风阵列11和扬声器阵列13分别对声源所发出的声音进行采集所获取的声音信息和声源反馈信息存在频响、相位和幅度的差异。因此需要通过校准单元15根据预设的参数和算法校准所述声源反馈信息的频响、相位和幅度。

所述声音信息具体包括第一麦克风采集的第一声音信息和第二麦克风采集的第二声音信息，定位单元17根据所述第一声音信息和第二声音信息的差异计算出声源与直线麦克风阵列11所成的角度和距离，从而在预定平面中确定两处疑似位置A和B。

由于扬声器不处于直线麦克风阵列11所在的直线上，根据A位置的声源发声所采集的声源反馈信息和根据B位置的声源发声所采集的声源反馈信息具备不同的特性，定位单元17可以将校准后的声源反馈信息与两者分别进行匹配，判断A和B之中哪一处是真实的声源，从而完成对声源的平面定位。

上述实施例通过利用现有设备中通常具备的扬声器采集声源反馈信息，根据不同距离声源产生的声源反馈信息具备的不同特性判断麦克风阵列所定位的疑似位置，从而实现了无需增设麦克风即可通过直线麦克风阵列结合扬声器实现平面定位。

图6为本发明一优选实施例中声源定位系统的结构示意图。

如图6所示，在一优选实施例中，直线麦克风阵列11包括若干个(大于两个)位于同一直线上的麦克风，扬声器阵列13包括一个扬声器。在本实施例中，通过任意两个麦克风采集的声音信息和扬声器采集的声源反馈信息即可通过上述相同的原理实现相同的技术效果。

进一步地，可以通过不同组合得到的定位结果进行验证，提高定位的准确率。例如，分别通过麦克风A、麦克风B和扬声器得到第一定位结果，通过麦克风C、麦克风D和扬声器得到第二定位结果，通过麦克风E、麦克风F和扬声器得到第三定位结果，通过三组定位结果之间的验证，实现了提高定位的准确率。

图7为本发明另一优选实施例中声源定位系统的结构示意图。

如图7所示，在一优选实施例中，直线麦克风阵列11包括若干个(大于两个)位于同一直线上的麦克风，扬声器阵列13包括若干个(大于一个)扬声器。在本实施例中，通过任意两个麦克风采集的声音信息和任意一个扬声器采集的声源反馈信息即可通过上述相同的原理实现相同的技术效果。

进一步地，可以通过不同组合得到的定位结果进行验证，提高定位的准确率。例如，分别通过麦克风A、麦克风B和扬声器X得到第一定位结果，通过麦克风C、麦克风D和扬声器Y得到第二定位结果，通过麦克风E、麦克风F和扬声器Z得到第三定位结果，通过三组定位结果之间的验证，实现了提高定位的准确率。

在一优选实施例中，所述声源反馈信息由所述声源发声使各所述扬声器中的振膜振动从而在闭合磁场的导线中产生电流生成。

具体地，扬声器发声的原理通常是通过通电导线在闭合磁场中电磁感应，使得导线收到力的作用，带动振膜震动发声。因此，基于相反的原理，声源发声带动扬声器的振膜震动，会使闭合磁场中的导线产生电流，从而产生电压，以采集到所述声源反馈信息。

图8为本发明一实施例中声源定位系统的结构示意图。

如图8所示，在一实施例中，本发明提供的声源定位系统包括平面麦克风阵列21、扬声器阵列23、校准单元25和定位单元27。

平面麦克风阵列21包括至少三个位于同一平面上的麦克风，用于采集声音信息。各所述麦克风不处于同一直线上。扬声器阵列23包括至少一个扬声器，用于采集声源反馈信息。所述扬声器和平面麦克风阵列21不处于同一平面上。校准单元25用于根据预设参数校准所述声源反馈信息的频响、相位和幅度。定位单元27用于根据所述声音信息定位声源在三维空间中的两处疑似位置，根据校准后的声源反馈信息在所述两处疑似位置中确定所述声源的位置。

具体地，在本实施例中，平面麦克风阵列21为三麦克风阵列，包括三个位于同一平面上的麦克风，扬声器阵列23包括单个扬声器，在更多的实施例中，平面麦克风阵列21可以根据实际需求设置多于三个的麦克风，扬声器阵列23可以根据实际需求设置多于一个的扬声器，只要麦克风设置在同一平面上(且不处于同一直线上)，扬声器与平面麦克风阵列21不处于同一条平面上，即可以实现同样的技术效果。

与上述基于直线麦克风阵列声源定位系统类似地，本实施例中基于平面麦克风阵列声源定位系统也可以通过各种不同的实现方式实现。

图9为本发明一实施例中声源定位方法的流程图。图9所示的声源定位方法可以应用在图8所示的声源定位系统中。

如图9所示，在本实施例中，本发明提供的声源定位方法包括：

S22：平面麦克风阵列采集声音信息，扬声器阵列采集声源反馈信息；

S24：根据预设参数校准所述声源反馈信息的频响、相位和幅度；

S26：根据所述声音信息定位声源在三维空间中的两处疑似位置；

S28：根据校准后的声源反馈信息在所述两处疑似位置中确定所述声源的位置。

其中，所述平面麦克风阵列包括至少三个位于同一平面上的麦克风，各所述麦克风不处于同一直线上；所述扬声器阵列包括至少一个扬声器，各所述扬声器和所述平面麦克风阵列不处于同一平面上。

图10为图8所示的声源定位系统中平面麦克风阵列结合扬声器进行立体定位的示意图。

如图10所示，当声源发声之后，平面麦克风阵列21和扬声器阵列23同步进行采集，分别采集到声音信息和声源反馈信息。

校准单元25根据预设的参数校准所述声源反馈信息的频响、相位和幅度。具体地，由于扬声器和麦克风拾音原理的不同，平面麦克风阵列21的各麦克风和扬声器阵列23的各扬声器分别对声源所发出的声音进行采集所获取的声音信息和声源反馈信息存在频响、相位和幅度的差异。因此需要通过校准单元25根据预设的参数和算法校准所述声源反馈信息的频响、相位和幅度。

在本实施例中，所述声音信息具体包括第三麦克风采集的第三声音信息、第四麦克风采集的第四声音信息和第五麦克风采集的第五声音信息，定位单元27根据所述第三声音信息、第四声音信息和第五声音信息的差异计算出声源与平面麦克风阵列21所成的角度和距离，从而在立体空间中确定两处相对于平面麦克风阵列21所在的XY平面对称的疑似位置A和B。

由于扬声器不处于XY平面中，根据A位置的声源发声所采集的声源反馈信息和根据B位置的声源发声所采集的声源反馈信息具备不同的特性，定位单元27可以将校准后的声源反馈信息与两者分别进行匹配，判断A和B之中哪一处是真实的声源，从而完成对声源的三维立体定位。

上述实施例通过利用现有设备中通常具备的扬声器采集声源反馈信息，根据不同距离声源产生的声源反馈信息具备的不同特性判断麦克风阵列所定位的疑似位置，从而实现了无需增设麦克风即可通过平面麦克风阵列结合扬声器实现立体定位。

图11为本发明一优选实施例中声源定位系统的结构示意图。

如图11所示，在一优选实施例中，平面麦克风阵列21包括若干个(大于三个)位于同一平面上的麦克风，扬声器阵列23包括一个扬声器。在本实施例中，通过任意三个不处于同一直线上的麦克风采集的声音信息和扬声器采集的声源反馈信息即可通过上述相同的原理实现相同的技术效果。

进一步地，可以通过不同组合得到的定位结果进行验证，提高定位的准确率。例如，分别通过麦克风A、麦克风B、麦克风C和扬声器得到第一定位结果，通过麦克风D、麦克风E、麦克风F和扬声器得到第二定位结果，通过麦克风H、麦克风I、麦克风J和扬声器得到第三定位结果，通过三组定位结果之间的验证，实现了提高定位的准确率。

图12为本发明另一优选实施例中声源定位系统的结构示意图。

如图12所示，在一优选实施例中，平面麦克风阵列21包括若干个(大于三个)位于同一平面上的麦克风，扬声器阵列23包括若干个(大于一个)扬声器。在本实施例中，通过任意三个不处于同一直线上的麦克风采集的声音信息和任意一个扬声器采集的声源反馈信息即可通过上述相同的原理实现相同的技术效果。

进一步地，可以通过不同组合得到的定位结果进行验证，提高定位的准确率。例如，分别通过麦克风A、麦克风B、麦克风C和扬声器X得到第一定位结果，通过麦克风D、麦克风E、麦克风F和扬声器Y得到第二定位结果，通过麦克风H、麦克风I、麦克风J和扬声器Z得到第三定位结果，通过三组定位结果之间的验证，实现了提高定位的准确率。

在一优选实施例中，平面麦克风阵列21中的各所述麦克风位于三维直角坐标系的X轴或Y轴上，扬声器阵列23中的各扬声器位于Z轴上。

上述实施例进一步通过将扬声器设置在基于平面麦克风阵列构建的三维直角坐标系的第三轴上，简化了对声源反馈信息的计算。

在一优选实施例中，所述声源反馈信息由所述声源发声使各扬声器中的振膜振动从而在闭合磁场的导线中产生电流生成。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这根据所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以通过执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以通过专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本申请实施例中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，例如，校准单元15和定位单元17可以是设置在计算机或智能设备中的软件程序，通过有线或无线等方式与平面麦克风阵列11和扬声器阵列13连接；也可以是单独工作的硬件芯片。其中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定，例如，定位单元17还可以被描述为“用于计算声源位置的处理单元”。

作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中所述装置中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，所述程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本申请的公式输入方法。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种声源定位系统，其特征在于，所述系统包括：

直线麦克风阵列，包括至少两个位于同一直线上的麦克风，用于采集声音信息；

扬声器阵列，包括至少一个扬声器，用于采集声源反馈信息；所述扬声器和所述直线麦克风阵列不处于同一条直线上；

校准单元，用于根据预设参数校准所述声源反馈信息的频响、相位和幅度；

定位单元，用于根据所述声音信息定位声源在预定平面中的两处疑似位置，根据校准后的声源反馈信息在所述两处疑似位置中确定所述声源的位置。

2.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述声源反馈信息由所述声源发声使各所述扬声器中的振膜振动从而在闭合磁场的导线中产生电流生成。

3.一种声源定位方法，其特征在于，所述方法包括：

直线麦克风阵列采集声音信息，扬声器阵列采集声源反馈信息；

根据预设参数校准所述声源反馈信息的频响、相位和幅度；

根据所述声音信息定位声源在预定平面中的两处疑似位置；

根据校准后的声源反馈信息在所述两处疑似位置中确定所述声源的位置；

其中，所述直线麦克风阵列包括至少两个位于同一直线上的麦克风，所述扬声器阵列包括至少一个扬声器，各所述扬声器和所述直线麦克风阵列不处于同一条直线上。

4.根据权利要求3所述的定位方法，其特征在于，所述声源反馈信息由所述声源发声使各所述扬声器中的振膜振动从而在闭合磁场的导线中产生电流生成。

5.一种声源定位系统，其特征在于，所述系统包括：

平面麦克风阵列，包括至少三个位于同一平面上的麦克风，用于采集声音信息；各所述麦克风不处于同一直线上；

扬声器阵列，包括至少一个扬声器，用于采集声源反馈信息；所述扬声器和所述平面麦克风阵列不处于同一平面上；

校准单元，用于根据预设参数校准所述声源反馈信息的频响、相位和幅度；

定位单元，用于根据所述声音信息定位声源在三维空间中的两处疑似位置，根据校准后的声源反馈信息在所述两处疑似位置中确定所述声源的位置。

6.根据权利要求5所述的定位系统，其特征在于，所述扬声器位于基于所述平面麦克风阵列构建的三维直角坐标系的第三轴上；

其中，各所述麦克风分别位于所述三维直角坐标系的第一轴或第二轴上。

7.根据权利要求5或6所述的定位系统，其特征在于，所述声源反馈信息由所述声源发声使各所述扬声器中的振膜振动从而在闭合磁场的导线中产生电流生成。

8.一种声源定位方法，其特征在于，所述方法包括：

平面麦克风阵列采集声音信息，扬声器阵列采集声源反馈信息；

根据预设参数校准所述声源反馈信息的频响、相位和幅度；

根据所述声音信息定位声源在三维空间中的两处疑似位置；

根据校准后的声源反馈信息在所述两处疑似位置中确定所述声源的位置；

其中，所述平面麦克风阵列包括至少三个位于同一平面上的麦克风，各所述麦克风不处于同一直线上；所述扬声器阵列包括至少一个扬声器，各所述扬声器和所述平面麦克风阵列不处于同一平面上。

9.根据权利要求8所述的定位方法，其特征在于，各所述扬声器位于基于所述平面麦克风阵列构建的三维直角坐标系的第三轴上；

其中，各所述麦克风位于所述三维直角坐标系的第一轴或第二轴上。

10.根据权利要求8或9所述的定位方法，其特征在于，所述声源反馈信息由所述声源发声使各所述扬声器中的振膜振动从而在闭合磁场的导线中产生电流生成。